二级结构工程师考试重点

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　　2018年二级结构工程师《钢结构》重点：高层钢结构的抗震计算

　　高层钢结构的抗震计算

　　1.1 地震作用计算

　　(1) 结构自振周期

　　对于重量及刚度沿高度分布比较均匀的高层钢结构，基本自振周期可按顶点位移法计算。考虑F结构构件的影响，式中的修正系数

　　(2) 设计反应谱

　　钢结构在弹性阶段的阻尼比为0.02，小于一般结构的阻尼比0.05，使地震反应增大。根据研究，阻尼比为0.02的单质点弹性体系。其地震的加速度反应将比阻尼比为0.05时提高约35%，故在高层钢结构的设计中，水平地震影响系数曲线中的下降段衰减指数应为

　　(3)底部剪力计算

　　采用底部剪力法计算水平地震作用时，结构总水平地展作用等效底部剪力标准值。

　　1.2 地震作用下内力与位移计算

　　(1) 多遇地震作用下

　　结构在第一阶段多遇地震作用下的抗震设计中，其地震作用效应采取弹性方法计算。可根据不同情况，采用底部剪力法、振型分解反应谱法以及时程分析法等方法。

　　在多遇地震作用下的分析，框架-支撑(剪力墙板)体系中，框架部分承担的地震剪力不得小于结构底部总剪力的25%。在结构平面的两个主轴方向计算地震效应时，角柱和两个方向的支撑或剪力埔所共有的柱构件.其设计内力应提高30%。

　　高层钢结构在进行内力和位移计算时，对于框架、框架—支撑、框架—剪力墙板及框筒等结构常采用矩四位移法，但计算时应考虑梁、柱弯曲变形，并应考虑梁柱节点域的剪切变形对侧移的影响。对于简体结构，可将其按位移相等原则转化为连续的竖向悬臂简体，采用有限条法对其进行计算。

　　在预估杆件截面时，内力和位移的分析可采用近似力法。在水平荷载作用下，框架结构可采用D值法进行简化计算;框架—支撑(势力墙)结构可简化为平面抗侧力体系，分析时将所有框架合并为总框架，所以竖向支撑(剪力墙)合并为总支撑(剪力墙)，然后进行协同工作分析。此时，可将总支撑(剪力墙)当作一悬臂梁。

　　(2) 罕遇地震作用下

　　高层钢结构第二阶段的抗震验算应采用时程分析法对结构进行弹塑性时程分析，其结构计算模型可以采用杆系模型、剪切型层模型、剪弯型层模型或剪弯协同工作模型。在采用杆系模型分析时，柱、梁的恢复力模型可采用二折线型，其滞回模型可不考虑刚度退化。钢支撑和耗能梁段等构件的恢复力模型，应按杆件特性确定。采用层模型分析时，应采用计入有关构件弯曲、轴向力、剪切变形影响的等效层剪切刚度，层恢复力模型的骨架曲线可采用貉力弹塑性方法进行计算，并可简化为二折线或三折线，并尽量与计算所得骨架曲线接近。在对结构进行静力弹塑性计算时，应同时考虑水平地震作用与重力荷载。构件所用材料的屈服强度和极限强度应采用标准值。对新型、特殊的杆件和结构，其恢复力模型宜通过试验确定。分析时结构的阻尼比可取0.05，并应考虑二阶段效应对侧移的影响。

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　　2017年二级结构工程师考试重点：膜结构设计

　　膜结构的设计可分为三个步骤：

　　(1)找出一个初始平衡形状;

　　(2)各种荷载组合下的力学分析以保证安全;

　　(3)裁剪制作。发达国家从六十年代起开始提出多种计算方法，

　　到目前为止以有限元法为最先进、最普遍被采用的方法。而单元类型皆为三角形平面常应变单元，该方法是从刚性板壳大变形理论移植过来的。

　　从以下分析可以看到，膜结构作为只能抗拉的软壳体是不适宜采用这种平面单元的，因为对于刚性壳体来说，这种平板单元可以看成平面应力单元和平板弯曲单元的组合，其单元刚阵可以由这两种单元刚阵合并而成。而膜结构作为软壳体是不能抗弯的，只能靠薄膜曲面的曲率变化，从而引起膜表面中内力重分布来抵抗垂直于曲面的外荷载。如果还是采用这种只有平面内应力的板单元，则应变的线性部分将不反映平面外z方向位移的影响，这导致单元不包含z方向节点反力，就每个单元来说静力是不平衡的。所幸的是应变的非线性部分考虑了z向位移的影响，使得各单元合并起来的总的平衡方程通过不断迭代能近<建设工程教育网一级建造师>似达到平衡，缺点是需要过多的平面内位移来满足平衡的要求，而实际情况是只需要一定的平面外和平面内的位移及曲率变化就可以了。

　　考虑到这些，我国膜结构技术人员在国际上首次采用曲面膜单元，应变的线性部分引入了z向位移及单元的曲率和扭率，非线性部分仍然保留z向位移的影响项。这样无论是每个单元还是各单元合并后的平衡方程都能很容易满足，迭代次数大为减少，而变形结果也更符合真实情况。而且由于单元内各点应力都不相同，据此判断皱折是否出现会更为精确。最后求出的每个单元的曲率和扭率对于判断初始找形的正误和优劣以及裁剪下料都能提供很多非常有用的信息。

　　用曲面有限单元建立的膜结构找形及内力计算方法极小曲面具有非常完美的表面形状和应力状态，是膜结构最合理的理想初始状态。所谓极小曲面是指在给定边界条件下面积最小的曲面。在这个曲面上任意一点的应力都相等。发达国家从六十年代起开始对膜结构找形提出多种计算方法，如物理模型法，力密度法，动力松驰法等，到目前为止以有限元法为最先进、最普遍采用的方法。不仅国内，迄今国外的计算理论也都是以平面膜单元作为膜结构的计算模型。该方法是从刚性板壳大变形理论移植过来的。膜结构作为只能抗拉的软壳体是不适宜采用这种平面单元的，其缺点是需要过多的平面内位移来满足平衡的要求，而实际情况是只需要一定的平面外和平面内的位移及曲率变化就可以了。其后果就是在后面要进行的内力计算时，代入真实材料常数后，由于前面找形得到的极小曲面与实际可能存在的膜结构形状的差距在视觉上可能不大，但对计算来说却是不能忽视的，因此计算很容易发散或出现皱折。这也是前面其他方法的共同缺点，他们往往把这一连贯的过程区分成理想化的找形和实际验算两个阶段，也就不能保证找出的形状都能用真实的膜材建成等应力极小曲面。